DE69931847T2

DE69931847T2 - Tiefpassfilter für splitterloses traditionelles Fernsprechwesen und Datenübertragung

Info

Publication number: DE69931847T2
Application number: DE69931847T
Authority: DE
Inventors: Robert H. Coral Springs Beeman
Original assignee: Siemens Communications Inc
Current assignee: Siemens Communications Inc
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: EP0966146A3; EP0966146B1; US6144734A; CA2268646C; CA2268646A1; EP0966146A2; DE69931847D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Tiefpassfilter und spezieller auf Tiefpassfilter für die Verwendung in Telekommunikationssystemen, über die sowohl Sprache (traditionelles Fernsprechwesen oder POTS, Plain Old Telephone Service) als auch Datennachrichten in voneinander getrennten Bereichen eines gemeinsam genutzten Frequenzspektrums transportiert werden.
Ein Typ von Telekommunikationssystem, der zwischen der Vermittlungsstelle einer Telefongesellschaft und den Räumlichkeiten eines Fernsprechteilnehmers zum Einsatz kommt, also dort, wofür herkömmlicherweise der Begriff „Teilnehmeranschlussbereich" verwendet wird, verbindet die Übertragung von Sprach- und Datennachrichten über ein einziges Paar metallischer Drähte, indem der untere Bereich, auch Band genannt, des Frequenzspektrums des Systems bis zu einer maximalen Frequenz f₁ (üblicherweise 4 kHz) für Sprache und der obere Bereich, oder das obere Band, des Frequenzspektrums des Systems oberhalb einer Frequenz f₃ (üblicherweise 24 kHz) für Daten genutzt wird. Bei einem solchen System ist es nicht mehr erforderlich, ein zusätzliches Drähtepaar zu installieren, um einen Datendienst mit hoher Geschwindigkeit für einen bestehenden POTS-Teilnehmer einzurichten. In der Vergangenheit wurden Interferenzen zwischen dem Sprach- und dem Datenband in derartigen Systemen dadurch vermieden, dass ein Gerät, welches unter der Bezeichnung „POTS-Splitter" bekannt ist, an einem Punkt installiert wurde, an dem das von der Vermittlungsstelle der Telefongesellschaft kommende Paar metallischer Drähte in die Räumlichkeiten des Teilnehmers eintritt. Bei dem Splitter handelt es sich um eine Art passives Filtergerät, das Frequenzen unterhalb einer Zwischenfrequenz f₂ (üblicherweise 10 kHz) an interne POTS-Leitungen und Frequenzen oberhalb von f₂ an interne Datenleitungen überträgt. Bei einer solchen Anordnung werden Datensignale, die fast ausschließlich oberhalb von f₃ liegen, nicht auf POTS-Fernsprechempfängern abgebildet oder von diesen beeinflusst und werden die POTS-Signale, die ausschließlich Frequenzen unterhalb von f₁ nutzen, nicht auf Datenmodem-Signalen (Modem = Modulator/Demodulator) abgebildet oder von diesen beeinflusst.
In dem Artikel von COOK ET AL: „ADSL AND VADSL SPLITTER DESIGN AND TELEPHONY PERFORMANCE" (AUFBAU VON ADSL- UND VADSL-SPLITTERN UND TELEFONIELEISTUNG) im IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS der IEEE INC. NEW YORK, USA, Bd. 13, Nr. 9, vom 1. Dezember 1995 (1995-12-01), Seiten 1634-1642, werden die Auswirkungen des Einfügens von ADSL- und VADSL-Splitter-Filtern in das Telefonie-Übertragungssystem erörtert, zunächst anhand von passiven Filtern und anschließend anhand von aktiven Filtern.
In der europäischen Patentanmeldung EP 0677 983 wird ein Signalkoppler offenbart, mit dessen Hilfe Signale des traditionellen Fernmeldewesens (POTS, Plain Old Telephone Service) und Signale des asymmetrischen digitalen Teilnehmeranschlusses (ADSL, Asymmetric Digital Subscriber Line) auf eine gemeinsame Leitung gekoppelt werden können. Um eine Sättigung von induktiven Widerständen eines Tiefpassfilters, das zwischen dem POTS-Sender/Empfänger und dieser gemeinsamen Leitung angeordnet ist, zu vermeiden, wenn das POTS-Signal durch diese gemeinsame Leitung nicht in ausreichendem Maße gedämpft wird, wird zwischen dem POTS-Sender/Empfänger und diesem Tiefpassfilter eine variable Impedanz eingefügt.
Die Installation eines POTS-Splitters in den Räumlichkeiten des Teilnehmers ist eine arbeitsintensive Aktivität, für die die Telefongesellschaft einen Techniker und ein Fahrzeug an den Standort des Teilnehmers entsenden muss, um diese Arbeit auszuführen, wodurch sowohl zusätzlicher Aufwand entsteht als auch ein potenzielles Hindernis für die Bereitstellung des Datendienstes. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, kann ganz einfach darin bestehen, Tiefpassfilter (mit -3-dB-Frequenzen von im Wesentlichen f₂) bereitzustellen, die problemlos von den Teilnehmern selbst beschafft und an jedem ihrer eigenen Fernsprechempfänger installiert werden können. In einer solchen Anordnung würden sowohl das Datenmodem als auch die POTS-Fernsprecher Signale von demselben Paar Drähte empfangen, das von der Telefongesellschaft in die Räumlichkeiten des Kunden geführt wird, ohne dass ein POTS-Splitter oder gar eine separate interne Verdrahtung für den Datendienst erforderlich wäre.
Unglücklicherweise schafft ein derartiger Einsatz von Tiefpassfiltern ebenfalls Probleme, wenn der Teilnehmer mehr als einen POTS-Fernsprecher besitzt, der an die kommende Leitung angeschlossen ist. Im Teilnehmeranschlussbereich sind Tiefpassfilter, die Sprachfrequenzsignale weiterleiten sollen, in der Regel so ausgelegt, dass sie charakteristische Impedanzen aufweisen, die im Wesentlichen der Impedanz R (etwa 600 Ohm Widerstand) eines Fernsprechempfängers im Zustand „Handapparat abgenommen" entsprechen. Auf diese Weise werden Reflexionen auf ein Minimum reduziert und sind die Übertragungsbedingungen im Allgemeinen optimal. Ein Fernsprecher mit aufgelegtem Handapparat zeigt gegen das Filter eine im Wesentlichen unendliche Impedanz, jedoch ist dies kein Problem, solange an die kommende Leitung nur ein einziger Fernsprecher angeschlossen ist. Das Tiefpassfilter arbeitet in der Weise, wie es vorgesehen ist, wenn am Fernsprecher der Handapparat abgenommen ist, und eventuelle Konsequenzen einer nicht passenden Impedanz im Fall, wenn am Fernsprecher der Handapparat aufgelegt ist, sind ohne Bedeutung. Wenn jedoch mehrere Fernsprecher angeschlossen sind, verschlechtert sich die Filterleistung drastisch, sofern nicht an allen Fernsprechern gleichzeitig der Handapparat abgenommen ist. Wenn an weniger als allen Fernsprechern der Handapparat abgenommen ist, werden, weil alle Filter, die mit Fernsprechern verbunden sind, an denen der Handapparat aufgelegt ist, mit einer im Wesentlichen unendlichen Impedanz abgeschlossen sind, diese Filter effektiv parallel geschaltet mit den Filtern, die mit Fernsprechern verbunden sind, an welchen der Handapparat abgenommen ist. In diesem Fall entstehen niedrige Impedanzen bei Frequenzen unterhalb von f₁ aufgrund von Resonanzen, die zwischen f₁ und f₂ auftreten und die diese Anordnung im Wesentlichen unbrauchbar machen.
Die vorliegende Erfindung löst sowohl die Probleme, die durch die Verwendung von POTS-Splittern entstehen, als auch die Probleme, die durch den Einsatz von Tiefpassfiltern an jedem der Fernsprecher eines Teilnehmers entstehen. Gemäß einem wichtigen Aspekt beinhaltet die Erfindung die bewusste Nichtanpassung der Tiefpassfilter, die zwischen den kommenden Übertragungsweg und jeden aus einer Mehrzahl von Fernsprechern in den Räumlichkeiten des Teilnehmers geschaltet sind. Statt die Tiefpassfilter zwischen dem kommenden Übertragungsweg und den einzelnen Fernsprechern so anzupassen, dass sie eine charakteristische Impedanz von R besitzen, sind sie vielmehr so konzipiert, dass sie charakteristische Impedanzen von (2,4·R) oder größer aufweisen.
Den Kontext der vorliegenden Erfindung bildet ein Übertragungssystem, das einen Übertragungsweg von einer sendenden Station zu einer empfangenden Station umfasst, sowohl für den Fernsprechdienst, der den Bereich des Frequenzspektrums unterhalb einer vorab definierten Frequenz f₁ (üblicherweise 4 kHz) belegt, als auch für den Datendienst, der den Bereich des Frequenzspektrums oberhalb einer weiteren vorab definierten Frequenz f₃ (üblicherweise 24 kHz) belegt, wobei f₃ im Wesentlichen höher ist als f₁. In einem solchen System sind an der empfangenden Station eine Mehrzahl von Fernsprechern parallel zueinander an den Übertragungsweg angeschlossen, wobei jeder der Fernsprecher einen Zustand „Handapparat aufgelegt" aufweist, der gegen den Übertragungsweg einen im Wesentlichen unendlichen Widerstand zeigt, und wobei jeder der Fernsprecher einen Zustand „Handapparat abgenommen" besitzt, der gegen den Übertragungsweg einen vorab festgelegten Widerstand R (auch hier üblicherweise ein 600-Ohm-Widerstand) zeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrzahl von separaten und im Wesentlichen identischen mehrpoligen Tiefpassfiltern bereitstellt, die zwischen den Übertragungsweg und die jeweiligen Fernsprecher geschaltet sind, wobei jedes der Tiefpassfilter eine -3-dB-Frequenz f₂ (üblicherweise 10 kHz) aufweist, die zwischen f₁ und f₃ liegt, sowie eine charakteristische Impedanz von im Wesentlichen (n·R), wobei n ein Wert mindestens gleich 2,4 ist, wodurch der Effekt der geringen Impedanzen reduziert wird, die bei Frequenzen unterhalb von f₁ aufgrund der Resonanzen entstehen, die zwischen f₁ und f₂ auftreten, wenn mindestens an einem, jedoch an weniger als allen der besagten Fernsprecher der Handapparat abgenommen ist.
Ferner wird gemäß der Erfindung, wenn jedes Filter eine gerade Anzahl von Polen besitzt, eine induktive Seite mit dem Übertragungsweg verbunden und wird eine kapazitive Seite mit einem Fernsprecher verbunden. Wenn das Filter eine ungerade Anzahl von Polen besitzt, wird eine induktive Seite mit dem Übertragungsweg verbunden, wird eine induktive Seite mit einem Fernsprecher verbunden und befinden sich die kapazitiven Elemente innerhalb des Filters. Derartige Anordnungen sind notwendig, um zu verhindern, dass kapazitive Filterelemente hochfrequente Komponenten des Datensignals kurzschließen.
Weiterhin werden gemäß der Erfindung in jedem Tiefpassfilter im Vergleich zu demselben Filter, wie er für eine charakteristische Impedanz von 1 Ohm Widerstand und eine -3-dB-Frequenz von 1 Radianten pro Sekunde ausgelegt ist, alle Induktivitäten durch den folgenden Ausdruck skaliert: (n·R)/(2π·f2) (1)und werden alle Kondensatoren durch den folgenden Ausdruck skaliert: 1/(2π·f2·n·R) (2)
Ebenfalls gemäß der Erfindung handelt es sich bei jedem der Filter um ein Butterworth-Filter, das in Bezug auf Erde symmetrisch ist. Diese Symmetrie entspricht den Charakteristika der meisten drahtgebundenen Verteilerleitungen im Teilnehmeranschlussbereich.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur Veranschaulichung, wie sie realisiert werden kann, wird nun beispielhaft Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
1 ein Blockdiagramm eines Übertragungssystems im Teilnehmeranschlussbereich ist, das den Kontext der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 zeigt, was in einer Anordnung nach dem bisherigen Stand der Technik geschieht, wenn sich weniger als alle Fernsprecher in denselben Teilnehmer-Räumlichkeiten im Übertragungssystem im Zustand „Handapparat abgenommen" befinden;
die 3A bis 3D symmetrische mehrpolige Butterworth-Filter darstellen, welche mit charakteristischen Impedanzen mindestens gleich (2,4·R) die spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung repräsentieren; und
4 ein Graph ist, der die Dämpfung des Signals in Aufwärtsrichtung im Vergleich mit der Rückflussdämpfung bei 4 kHz sowohl für den Ansatz nach dem bisherigen Stand der Technik als auch für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
1 ist ein Blockdiagramm eines Teilbereichs 10 eines Teilnehmeranschlussbereichs, welcher eine Fernsprechvermittlungsstelle 12 (in 1 mit „Sendende Station" beschriftet), einen Übertragungsweg über ein metallisches, symmetrisches Drähtepaar bzw. eine Teilnehmeranschlussleitung 14 sowie eine Gegenstelle 16 (in 1 mit „Empfangende Station" beschriftet) umfasst. Innerhalb der Räumlichkeiten des Teilnehmers an der Gegenstelle 16 befinden sich eine Zweidraht-Verteilerleitung 18, die von dem Übertragungsweg 14 zu einer Datenendeinrichtung 20 (in 1 mit „Datenempfänger" beschriftet) führt, und eine Zweidraht-Verteilerleitung 22, die von dem Übertragungsweg 14 zu einer Mehrzahl von POTS-Fernsprechern 24, 26, 28, 30, 32 und 34 führt. Die Verteilerleitung 18 muss nicht notwendigerweise physisch und räumlich von der Verteilerleitung 22 getrennt sein. Und obwohl hier sechs POTS-Fernsprecher dargestellt sind, ist eine beliebige Gesamtzahl möglich, abhängig von den Bedürfnissen des Teilnehmers. Um die Sprachfrequenzsignale der POTS-Fernsprecher von den Datensignalen zu trennen, ist zwischen die Verteilerleitung 22 und die jeweiligen der Fernsprecher 24, 26, 28, 30, 32 und 34 eine Mehrzahl von Tiefpassfiltern (LPF, engl. für „Low-Pass Filter") 36, 38, 40, 42, 44 und 46 geschaltet.
In dem in 1 dargestellten Beispiel hat der Datendienst die Gestalt des ADSL-Dienstes (ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line, asymmetrischer digitaler Teilnehmeranschluss), der speziell dafür entwickelt wurde, die gleichzeitige Nutzung einer Teilnehmeranschlussleitung mit verdrillten Leiterpaaren für den POTS- und den ADSL-Dienst zu ermöglichen. Der ADSL-Dienst erlaubt es einer Telefongesellschaft, einem Teilnehmer gleichzeitig einen Datenzugang mit hoher Geschwindigkeit (bis zu 8 Mbit/s) bereitzustellen, ohne dafür eine zusätzliche Teilnehmeranschlussleitung bereitstellen zu müssen. Nachfolgend wird der ADSL-Dienst kurz beschrieben.
Der ADSL-Dienst sowie seine universelle Variante UDSL verwendet Träger in einem Abstand von 4,3125 (4 5/16) kHz zueinander. Jeder Träger wird mit einer Rate von 4,0588 (4 1/17) kBaud mit einer binären Punkte-Konstellation moduliert. Das System fügt für jeweils 68 übertragene Bytes einen Overhead von einem (1) Byte hinzu, was 4 kBaud Nutzerdaten und 1/17 kBaud Overhead ergibt. Wird mit einer 4-Punkte-Konstellation (Minimum) moduliert, ist dies eine 4-QAM-Modulation (QAM = Quadrature Amplitude Modulation, Quadratur-Amplitudenmodulation) und trägt jedes Symbol 2 Bits (log2(4)) Nutzerdaten, woraus sich eine Kapazität von 8 kbit/s Nutzerdaten für den betreffenden Träger ergibt.
Die Modulation kann sich bis hinauf auf 256 QAM erstrecken, mit 16 Punkten entlang jeder Achse (256 verschiedene Punkte) für 8 Bits pro Symbol oder eine Nutzer-Bitrate von insgesamt 32 kbit/s = 4 kBaud·log2(256) auf dem betreffenden Träger. Eine Modulation mit noch größeren Anzahlen von Punkten wird derzeit von verschiedenen Standardisierungsgremien in Betracht gezogen.
Zu Beginn wird jedes Träger-Band zunächst analysiert, um den Signal-Rausch-Abstand (Signal to Noise Ratio, SNR) zu ermitteln, und bekommt eine Anzahl von Punkten zugewiesen (0, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256), die für den Signal-Rausch-Abstand SNR des betreffenden Träger-Bands geeignet ist. Eine der Optionen ist „0", ein Wert, der beispielsweise angemessen ist, wenn der Träger auf derselben Frequenz liegt wie ein lokaler Rundfunksender.
Träger liegen im Bereich von 0 bis 256, das ergibt einen niedrigsten Träger von 0 kHz und einen höchsten Träger von 1104 kHz. Träger unterhalb von 6 (25,875 kHz) werden nicht verwendet, da sie sich störend auf die POTS-Telefonie auswirken würden. Die Träger 0 und 256 können aus Gründen, die mit den Eigenheiten der Fourier-Transformationen zusammenhängen, nicht ohne weiteres für Daten genutzt werden, daher sind potenziell 1-255 nutzbar und werden 6-255 für den uneingeschränkten ADSL-Dienst genutzt.
Für UDSL wird eine weitere Beschränkung verhängt, um die Ausrüstung zu verbilligen. Träger oberhalb von 128 werden eliminiert, um die Kosten und den Energiebedarf der Analog-zu-Digital- (A/D-) und der Digital-zu-Analog- (D/A) Wandler und der Signalverarbeitung an beiden Enden zu reduzieren. Dies geht in UDSL ohne große Einbußen, da die oberen Träger auf langen Teilnehmeranschlussleitungen ohnehin nicht nutzbar sind.
Eine weitere Einschränkung bei der Nutzung von Trägern nur für UDSL besteht darin, dass die Träger 6-31 ausschließlich für die Übertragung in Aufwärtsrichtung (d. h. vom Teilnehmer zur Vermittlungsstelle) genutzt werden und die Abwärtsrichtung (d. h. von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmer) auf 33 und darüber beschränkt ist (Träger 32 und 16 sind für administrative Zwecke reserviert). Diese Vorgehensweise dient dazu, die Echokompensation überflüssig zu machen, eine zwar gute, aber teure Technik, bei der Träger gleichzeitig in beiden Richtungen genutzt werden können. Die Gründe für den Verzicht auf die Echokompensation sind wirtschaftlicher Art, sowie durch die verheerenden Auswirkungen auf Echokompensationssysteme gegeben, die verursacht werden, wenn an POTS-Fernsprechern der Handapparat aufgelegt bzw. abgenommen wird, ohne dass sie durch Splitter isoliert sind.
Für eine Installation wie die in 1, jedoch ohne Tiefpassfilter, ist bekannt, dass von der Telefongesellschaft ein als „POTS-Splitter" bezeichnetes Gerät außerhalb der Räumlichkeiten des Teilnehmers installiert werden kann. Aufgabe dieses POTS-Splitters (nicht dargestellt) ist, das POTS-Signal auf die vorhandene interne Verdrahtung (Drähtepaar 22) zu leiten und das ADSL-Signal auf ein zweites und unter Umständen neues internes Drähtepaar 18 zu lenken. Der Splitter ist eine Art passives Filtergerät, das niedrige Frequenzen (unterhalb von etwa 10 kHz) an die POTS-Leitung 22 innerhalb der Räumlichkeiten des Teilnehmers und die hohen Frequenzen (oberhalb von etwa 10 kHz) an die ADSL-Leitung 18 sendet. Auf diese Weise wird das ADSL-Signal, das fast ausschließlich oberhalb von 24 kHz liegt, nicht auf den POTS-Fernsprechern 24-34 abgebildet oder von diesen beeinflusst und werden die POTS-Signale, die ausschließlich Frequenzen unterhalb von 4 kHz nutzen, nicht auf den ADSL-Modem-Signalen abgebildet oder von diesen beeinflusst.
Die Erfahrung der Telefongesellschaften (hauptsächlich mit ISDN – Integrated Services Digital Network, diensteintegrierendes digitales Netz) legt nahe, dass die Notwendigkeit, ein Fahrzeug und einen Techniker zu entsenden, um den Splitter zu installieren, unter Umständen sowohl ein nicht zu akzeptierender Aufwand als auch ein potenzielles Hindernis für die Bereitstellung eines Datendienstes ist.
Eine Alternative hierzu bildet die Bereitstellung von Tiefpassfiltern, die durch den Teilnehmer selbst beschafft und vom Teilnehmer an jedem Fernsprecher in der Art und Weise wie in 1 gezeigt installiert werden können. Zunächst mag es scheinen, dass einfache Tiefpassfilter, wenn sie zwischen der Verteilerleitung 22 und jeweiligen Fernsprechern 24-34 installiert werden, das gewünschte Ergebnis liefern könnten. Es gibt hierbei jedoch eine wesentliche Schwierigkeit, wenn mehrere Fernsprecher (Nebenstellen) in denselben Teilnehmerräumlichkeiten installiert sind.
Filter sind dafür ausgelegt, eine bestimmte Frequenzbereich-Reaktion (Frequency-domain response) bereitzustellen, wenn ein einzelnes Filter zwischen eine Quelle und eine Last geschaltet ist, die beide spezifische Impedanzen aufweisen, welche den charakteristischen Impedanzen des Filters entsprechen. Dies ist die Architektur aller „normalen" Verwendungen von Filtern. Wenn mehr als eine Quelle oder mehr als eine Last bedient werden muss, werden Geräte eingesetzt, die als „Multiport-Splitter" bekannt sind, um die Impedanz von mehreren Quellen oder Lasten an die charakteristische Impedanz des Filters anzupassen. Jeder Multiport-Splitter besitzt eine spezifische Anzahl von Eingängen und Ausgängen, und jeder muss ordnungsgemäß abgeschlossen sein – keiner darf einen „offenen Stromkreis" bilden.
Somit muss entsprechend den Lehren des bisherigen Stands der Technik entweder ein Frequenz-Splitter am Eintrittspunkt in die Räumlichkeiten des Teilnehmers eingesetzt werden, um die hohen und die niedrigen Frequenzen auf verschiedene Übertragungswege zu verteilen und sowohl den ADSL- als auch den POTS-Dienst bereitzustellen, oder es muss eine Anordnung mit mehreren parallel geschalteten Filtern versucht werden.
Die geradlinigste Möglichkeit, Filter bereitzustellen, die ordnungsgemäß arbeiten, wenn sie parallel geschaltet werden und nicht korrekt abgeschlossen sind, besteht darin, jedes Filter auf eine einzelne Reiheninduktivität zu begrenzen (ein einpoliges Filter). Bei diesem Ansatz gibt es keine Parallelkondensatoren, die die Übertragung im POTS-Frequenzband beeinträchtigen, und führt das Einfügen von nicht korrekt abgeschlossenen, parallel geschalteten Filtern nicht zu einer Beeinträchtigung des POTS-Signals über die von einem einzelnen Filter verursachte Beeinträchtigung hinaus.
Leider sind einpolige Filter begrenzt auf lediglich eine –6 dB/Oktavensteilheit und gestattet die Trennung zwischen dem oberen Bereich des POTS-Frequenzbands bei 4 kHz und dem unteren Bereich des ADSL-Frequenzbands bei 24 kHz nur etwa 16 dB Dämpfung im unteren Bereich des ADSL-Frequenzbands bzw. etwa 24 dB bei Integration über das gesamte ADSL-Frequenzband, selbst wenn das POTS-Fernsprechsignal durch das Filter auf eine Rückflussdämpfung von nur 3 dB herabgesetzt wird. Dies stellt jedoch keine ausreichende ADSL-Dämpfung dar, wenn man die üblichen hohen Pegel, die für die ADSL-Übertragung genutzt werden, und die Empfindlichkeit typischer POTS-Fernsprecher gegen hochfrequente Signale betrachtet. Die 3 dB Rückflussdämpfung im POTS stellen außerdem eine sehr schwere Beeinträchtigung der POTS-Übertragung dar, selbst wenn kein ADSL-Signal vorhanden ist.
Ein anderer Ansatz, der durch den bisherigen Stand der Technik vorgeschlagen wird, ist die Verwendung von mehrpoligen Filtern, die ein steileres Dämpfungsgefälle in Abhängigkeit von der Frequenz aufweisen. Derartige Filter ergeben eine akzeptable Dämpfung der ADSL-Energie in einen POTS-Fernsprecher und eine akzeptable POTS-Übertragung, wenn nur ein einziges solches Filter vorhanden ist. Wenn jedoch weitere Filter hinzugefügt werden, verschlechtert sich sowohl die POTS-Reaktion als auch das ADSL-Signal in den Fernsprecher aufgrund des Falschansprechens, das durch nicht abgeschlossene Filter an den Fernsprecher-Nebenstellen entsteht, an denen der Handapparat aufgelegt ist. Dies ist nicht weiter überraschend, da ein solcher Ansatz mit mehreren Filtern gegen die Grundannahmen der standardmäßigen Filtersynthese-Theorie verstößt, indem eine unbekannte Anzahl nicht korrekt abgeschlossener Filter parallel geschaltet wird.
Ein Verständnis der wirklichen Quelle des Problems kann anhand von 2 gewonnen werden, in der aus Gründen der Übersichtlichkeit Fernsprechleitung, Fernsprecher und Filter gleichwertig mit einem Ende (unsymmetrisch) dargestellt werden.
In 2, die den Kenntnisstand nach dem bisherigen Stand der Technik repräsentiert, überträgt eine Zweidraht-Übertragungsleitung 50 (für Darstellungszwecke unsymmetrisch) POTS-Signale von einer Fernsprechvermittlungsstelle. Ein erstes zweipoliges Tiefpassfilter, das aus einer Reiheninduktivität 52 und einem Parallelkondensator 54 besteht, ist über die Übertragungsleitung 50 geschaltet. Dieses erste Filter ist durch einen Widerstand 56 abgeschlossen, der für die Impedanz eines Fernsprechers mit abgenommenem Handapparat steht. Ein zweites zweipoliges Tiefpassfilter, das aus einer Reiheninduktivität 58 und einem Parallelkondensator 60 besteht, ein drittes zweipoliges Tiefpassfilter, das aus einer Reiheninduktivität 62 und einem Parallelkondensator 64 besteht, sowie ein viertes zweipoliges Tiefpassfilter, das aus einer Reiheninduktivität 66 und einem Parallelkondensator 68 besteht, sind in ähnlicher Weise über die Übertragungsleitung 50 geschaltet. Das zweite, dritte und vierte Filter werden sämtlich als nicht abgeschlossen dargestellt, wie dies der Fall wäre, wenn sie mit Fernsprechern verbunden wären, an denen der Handapparat aufgelegt ist.
Jedes der nicht abgeschlossenen Filter in 2 erscheint als eine Reiheninduktivität und eine Kapazität über die Übertragungsleitung 50. Bei zweipoligen und dreipoligen Filtern ist die Serienresonanzfrequenz dieser Kombination gleich der Quadratwurzel von 2 multipliziert mit der -3-dB-Grenzfrequenz des Filters. Bei dieser Frequenz ist die Impedanz, die die Teilnehmeranschlussleitung abschließt, Null und ist eine Übertragung nicht möglich.
Auch bei Frequenzen, die nahe bei der Frequenz mit Impedanz Null liegen, ist die Impedanz der Reihenschaltung sehr klein. Dies ist der Fall, da die Reaktanzen der Induktivität und des Kondensators gegenteilige Vorzeichen haben (per Konvention wird die Reaktanz des Kondensators als negativ und diejenige der Induktivität als positiv angenommen) und gegeneinander aufzurechnen sind. Da die Reaktanz der Induktivität linear mit der Frequenz steigt und die Reaktanz des Kondensators umgekehrt zur Frequenz abnimmt, beträgt die Impedanz bei halber Resonanzfrequenz immer noch (2-0,5) oder das 1,5-fache der Impedanz jedes Elements bei der Resonanzfrequenz.
Somit wirkt sich dieser Nebenschluss bis hinab zu sehr niedrigen Frequenzen auf die Übertragung aus. Im Grenzbereich, bei einer Frequenz Null (0), entspricht der Nebenschlusswiderstand scheinbar genau dem des Kondensators.
Wenn der Teilnehmer weitere Nebenstellen verdrahtet und weitere Filter parallel in die in 2 gezeigte Anordnung eingefügt werden, nimmt die Impedanz mit 1/N ab, wobei N die Anzahl der Nebenstellen bezeichnet. Ist eine Zahl von sieben (7) Nebenstellen erreicht, ist der Nebenschlusswiderstand für jede sinnvollerweise zu wählende Filter-Grenzfrequenz selbst bei 4 kHz sehr niedrig, was zu einer sehr schlechten Rückflussdämpfung am oberen Rand des POTS-Frequenzbands führt.
Diese unzureichende Rückflussdämpfung lässt sich verbessern, indem die Grenzfrequenz des Filters dadurch erhöht wird, dass die Werte für L und C proportional verringert werden, wobei L der induktive Widerstand der Reiheninduktivität und C die Kapazität des Parallelkondensators ist, jedoch wird hierbei auch die Dämpfung des unerwünschten ADSL-Signals an den Fernsprechern verringert. Darüber hinaus wird, wenn dies zu weit geführt wird, die Null-Impedanz-Frequenz näher an oder sogar in das ADSL-Frequenzband verschoben, wodurch sich die ADSL-Leistung verschlechtert. Demnach existiert eine unumgängliche Beziehung zwischen der Rückflussdämpfung im POTS, der erzielten Dämpfung in ADSL und der Anzahl der Filter, wobei sich die Gesamtleistung rapide verschlechtert, je weiter die Anzahl der Filter erhöht wird.
Die 3A, 3B, 3C und 3D zeigen mehrpolige symmetrische Butterworth-Filter, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um die Probleme zu beheben, die durch nicht abgeschlossene Filter in dem Kontext aus 1 entstehen. 3A zeigt ein zweipoliges Filter, das aus einer Reiheninduktivität 70 und einem Parallelkondensator 72 besteht, 3B stellt ein dreipoliges Filter dar, das aus zwei Reiheninduktivitäten 74 und 76 sowie einem Parallelkondensator 78 besteht, 3C veranschaulicht ein vierpoliges Filter aus zwei Reiheninduktivitäten 80 und 82 sowie zwei Parallelkondensatoren 84 und 86 und 3D zeigt ein fünfpoliges Filter, das sich aus drei Reiheninduktivitäten 88, 90 und 92 sowie zwei Parallelkondensatoren 94 und 96 zusammensetzt. Eine noch größere Anzahl von Polen lässt sich realisieren, indem die in den 3A, 3B, 3C und 3D gezeigten Beispiele weiter ausgebaut werden.
Bei dem zweipoligen Filter, das in 3A dargestellt ist, befindet sich der Kondensator 72 in einem externen Zweig auf der linken Seite, weshalb die linke Seite des Filters mit dem Fernsprecher und die rechte Seite mit dem Drähtepaar verbunden werden muss. In dem dreipoligen Filter in 3B ist der Kondensator 78 intern im Filter angeordnet, so dass jede der beiden Seiten des Filters mit dem Fernsprecher bzw. dem Drähtepaar verbunden werden kann. Bei dem in 3C gezeigten vierpoligen Filter befindet sich der Kondensator 84 in einem externen Zweig auf der linken Seite, weshalb die linke Seite des Filters mit dem Fernsprecher und die rechte Seite mit dem Drähtepaar verbunden werden muss. In dem fünfpoligen Filter in 3D sind die Kondensatoren 94 und 96 beide intern im Filter angeordnet, so dass jede der beiden Seiten des Filters mit dem Fernsprecher bzw. dem Drähtepaar verbunden werden kann. Das heißt, wenn das Filter eine gerade Anzahl von Polen besitzt, kann jede seiner Seiten mit dem Fernsprecher verbunden werden. Hat das Filter dagegen eine ungerade Anzahl von Polen, wird die Seite, auf der der Kondensator angeordnet ist, mit dem Fernsprecher verbunden und wird die gegenüberliegende Seite mit dem Drähtepaar verbunden.
Filter werden entsprechend dem mathematischen Polynom klassifiziert, das bei ihrem Aufbau zugrunde gelegt wurde, sowie anhand der Anzahl von Polen und Nullstellen, die Polynome definieren.
Die gängigsten Funktionen, die für den Aufbau von Tiefpassfiltern verwendet werden, sind das Butterworth-, das Tschebischeff- und das Ellipsenfunktion-Polynom. Das Rationale für die Ableitung dieser Polynome lässt sich wie folgt grob zusammenfassen:
Butterworth. Niedrige Frequenzen sind die wichtigsten. Die Dämpfung bei Frequenz Null sollte Null sein und sich stets gleichmäßig mit der Frequenz erhöhen. Alle Nullstellen liegen bei unendlich hohen Frequenzen, daher fließen sie nicht in die Aufbaukriterien ein.
Tschebischeff. Alle Frequenzen im Pass-Band sind gleichermaßen wichtig und ein gewisses Maß an Welligkeit im Pass-Band ist akzeptabel. Die Dämpfung sollte stets mit der Frequenz über den oberen Bereich des Pass-Bands steigen. Alle Nullstellen liegen bei unendlich hohen Frequenzen, daher fließen sie nicht in die Aufbaukriterien ein.
Ellipsenfunktion. Alle Frequenzen im Pass-Band sind gleichermaßen wichtig und ein gewisses Maß an Welligkeit im Pass-Band ist akzeptabel. Die Dämpfung sollte so schnell wie möglich über den oberen Bereich des Pass-Bands steigen, kann jedoch nach einem bestimmten Punkt ein Maximum erreichen und danach wieder auf niedrigere Werte zurückfallen. Nullstellen liegen im Stop-Band bei endlichen Frequenzen und werden verwendet, um eine schnelle Dämpfung zu erhalten.
Für LC- (Induktivität-Kondensator-) Filter mit realwertigen Komponenten (die einzige Art, die mit passiven Geräten verbaut werden kann) muss die Anzahl der Pole und Nullstellen gleich sein oder um eins unterschiedlich sein und ist die Anzahl der reaktiven Komponenten (Induktivitäten plus Kondensatoren) gleich der Summe dieser beiden (wobei die bei unendlich liegenden nicht mitgezählt werden). Somit erfordert ein zweipoliges Tiefpassfilter, dessen Nullstellen sämtlich bei unendlich liegen, zwei reaktive Komponenten, ein dreipoliges Tiefpassfilter drei reaktive Komponenten und so fort. Elliptische Filter sind weniger wünschenswert, wenn dies in Erwägung gezogen wird, da sie Nullstellen aufweisen, die nicht bei unendlich liegen, und damit mehr Komponenten umfassen.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Butterworth-Filter, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein, da diese die niedrigsten Werte für Q (das Verhältnis von Reaktanz zu Widerstand) für eine gegebene Bauform aufweisen und keine Welligkeit im Pass-Band verursachen, wenn sie an beiden Enden mit der für sie charakteristischen Impedanz abgeschlossen werden. Butterworth-Filter weisen darüber hinaus von den drei Filtertypen die geringste Laufzeitverzerrung (nicht konstante Verzögerung abhängig von der Frequenz) auf.
Der Zweck von Filtern mit einer größeren Anzahl von Polen besteht darin, oberhalb der Grenzfrequenz die höchstmögliche Dämpfung und unterhalb davon die kleinstmögliche Dämpfung zu erzielen. Die Formel für die Dämpfung A in dB bei einer Frequenz f eines Butterworth-Filters mit N Polen und einer Grenzfrequenz f₂ von –3 dB (tatsächlich –3,0103 dB) lautet: A = 10·Log(1 + (f/f2)·2N) (3)
Die folgende Tabelle enthält eine Auswertung dieser Formel für zwei- bis fünfpolige Butterworth-Filter und gibt die Dämpfungswerte in dB für eine Mehrzahl von verschiedenen Frequenzen an:
Die Topologie von zwei- bis fünfpoligen „T-förmigen" Butterworth-Filtern ist in den 3A, 3B, 3C und 3D dargestellt. Zu beachten ist, dass die Filter mit einer geraden Anzahl von Polen eine bestimmte Ausrichtung in Bezug auf den Fernsprecher und die Verteilerleitung erfordern, da der Übertragungsweg nicht mit einem Kondensator parallel geschaltet werden sollte. Filter mit ungerader Anzahl von Polen werden mit Induktivitäten auf beiden Seiten realisiert, so dass die Ausrichtung keine Rolle spielt.
Filter mit einer geraden Anzahl von Polen bieten einen Vorteil. Da sie einen Kondensator über den Fernsprecher legen, wird durch die Wählimpulse und das Auflegen des Handapparats der Strom durch eine Induktivität nicht unmittelbar unterbrochen. Dies sollte dazu beitragen, diese Unterbrechungen auf ein Minimum zu reduzieren, und kann schon aus sich allein einen guten Grund darstellen, diese Anordnung zu bevorzugen.
Ein offensichtlicher Nachteil von Filtern mit gerader Anzahl von Polen ist, dass diese Filter eindeutig markiert sein müssen, so dass der Teilnehmer sie nicht falsch herum einsetzen kann. Wenn beispielsweise das Filter für das Einstecken in die Wandanschlussdose vorgesehen ist, wäre es nicht gewollt, dass der Teilnehmer es stattdessen in den Fernsprecher einsteckt. Da das Filter auf der einen Seite einen männlichen und auf der anderen Seite einen weiblichen Steckkontakt aufweist, würde es passen und würde die physische Konnektivität in beiden Richtungen funktionieren, obwohl nur eine Richtung elektrisch korrekt ist.
Um Filter gemäß der Erfindung auf realistische Frequenzen und charakteristische Impedanzen zu skalieren, wobei angenommen sei, dass f₂ die gewünschte -3-dB-Frequenz in Hertz und (n·R) die gewünschte charakteristische Impedanz an jedem Ende ist, wobei R der Widerstand eines Fernsprechers im Zustand „Hörer abgenommen" und n ein numerischer Wert von im Wesentlichen 2,4 (tatsächlich 1 + die Quadratwurzel von 2) oder größer ist: Alle Induktivitätswerte multiplizieren mit (n·R)/(2·π·f2) (4)Alle Kondensatorwerte multiplizieren mit 1/(2·π·f2·n·R) (5)
Zwei komplizierende Faktoren müssen bei jeder Erörterung von POTS-Filtern unbedingt beachtet werden:

1. Filter arbeiten nicht gemäß Spezifikation, wenn sie nicht mit ihren charakteristischen Impedanzen abgeschlossen sind.
2. Filter arbeiten nicht gemäß Spezifikation, wenn mehrere Filter parallel geschaltet werden.

Ungünstigerweise beinhaltet die derzeitige Anwendung beide Faktoren. POTS-Fernsprecher, an denen der Handapparat aufgelegt ist, zeigen gegenüber dem Filter eine sehr hohe Abschlussimpedanz, und das Anschließen mehrerer POTS-Fernsprecher an eine Leitung resultiert darin, dass auch mehrere POTS-Filter parallel über die Leitung geschaltet sind, wenn eines oder mehrere davon im Zustand „Handapparat aufgelegt" verbleibt.
Während sich die Eingangsimpedanz von Filtern in einem angemessenen Rahmen bewegt, solange diese ordnungsgemäß mit ihren charakteristischen Impedanzen abgeschlossen sind, gerät sie völlig außer Kontrolle, wenn die Filter durch einen offenen Stromkreis abgeschlossen sind. Insbesondere zeigen einfache Berechnungen, dass das in 3A dargestellte zweipolige Filter, wenn es fernsprecherseitig mit einem offenen Stromkreis abgeschlossen wird (Handapparat am Fernsprecher ist aufgelegt), eine Eingangsimpedanz von Null (0) bei 0,707 mal die -3-dB-Frequenz aufweist, wobei die Induktivität und der Kondensator eine gleich hohe und einander entgegengesetzte Reaktanz haben und serienresonant sind.
Diese Eigenschaft ist nicht nur bei zweipoligen Filtern zu finden, sondern gilt für alle Filter, die mehr als einen Pol haben. Wenn die Anzahl der Pole zunimmt, wird die Frequenz der ersten nicht abgeschlossenen Impedanz Null niedriger, und sind mehr von ihnen vorhanden, wobei die Gesamtzahl der Hälfte der Anzahl von Filterpolen entspricht und alle unterhalb der -3-dB-Frequenz liegen.
Selbst ein Filter mit nur einem Pol (nur Induktivität) ist hiergegen nicht immun. Bei irgendeiner Frequenz wird der Eingang zum Fernsprecher kapazitiv erscheinen und mit der einzelnen Induktivität mitschwingen, wodurch eine Nullstelle der Eingangsimpedanz bei dieser unzureichend definierten Frequenz entsteht. Tatsächlich gibt die Anordnung mit zwei Polen zumindest eine gewisse Sicherheit, dass die Frequenz dieser Nullstelle verstanden ist und nicht überwiegend durch unbekannte Eigeninduktivitäten und -kapazitäten diktiert wird.
An der unteren Frequenzgrenze erscheint jedes Filter wie ein Kondensator, der über den Übertragungsweg geschaltet ist. Der effektive Wert dieses Kondensators ist größer, wenn die analysierte Frequenz sich der Null-Impedanz-Frequenz annähert. Unter der Voraussetzung, dass alle Null-Impedanz-Frequenzen ausreichend weit oberhalb des POTS-Frequenzbandes liegen und dass die Null-Impedanz-Frequenz f₂ ist, ist die interessierende POTS-Frequenz f_p, die Gesamt-Kapazität jedes Filters Cf und die Anzahl der parallel geschalteten Filter N, dann zu einer angemessenen Näherung: Ceffektiv = (N·Cf·fz)/(fz – fp) für fp < fz (6)
Es gibt drei Fälle, in denen dies von Bedeutung sein könnte. Der erste dieser Fälle ist die POTS-Übertragung bei aufgelegtem Handapparat, wenn das POTS-Filter aufgrund des aufgelegten Handapparats fehlerhaft abgeschlossen ist, und spiegelt die Impedanzfehlangleichung an das/die Gerät (e) während der Übertragung bei aufgelegtem Handapparat wider, was einen nicht flachen Frequenzgang bewirkt.
Der zweite Fall ist der, dass in den Räumlichkeiten des Teilnehmers mehr als ein POTS-Fernsprecher mit einem Filter installiert ist und dass weniger als alle dieser Fernsprecher benutzt werden.
Die -3-dB-Frequenz muss daher sehr sorgfältig gewählt werden, so dass der Null-Impedanz-„Sog", der dadurch verursacht wird, dass an Fernsprechern mit Filter der Handapparat aufgelegt ist, ausreichend weit oberhalb des POTS-Frequenzbands und ebenfalls ausreichend weit unterhalb des UDSL-Frequenzbands liegt. Zu beachten ist dabei jedoch, dass schon allein der Zustand „Handapparat abgenommen" an mehreren Fernsprechern eine Beeinträchtigung der POTS-Übertragung zur Folge hat und dass im Vergleich dazu die zusätzliche Verschlechterung aufgrund fehlerhaft abgeschlossener Filter relativ gering ist.
4 ist ein Graph, der die Vorteile veranschaulicht, welche die vorliegende Erfindung gegenüber bekannten Ansätzen nach dem bisherigen Stand der Technik mit Einsatz von parallel geschalteten Filtern aufweist. In dem Graphen stellt die Ordinate die Dämpfung des in Aufwärtsrichtung (vom Teilnehmer zur Vermittlungsstelle) laufenden ADSL- bzw. UDSL-Signals zu dem durch ein Filter geschützten POTS-Fernsprecher dar, wobei die Dämpfung in dB angegeben ist. Die Abszisse stellt die Rückflussdämpfung in dB bei 4 kHz dar. Jeder Punkt auf einer bestimmten Kurve bei einem gegebenen Wert auf der Abszisse gibt die beste (höchste) Dämpfung des Signals in Aufwärtsrichtung an, die durch einen bestimmten Filteraufbau zu erzielen ist, mit einer geforderten minimalen Rückflussdämpfung bei 4 kHz, einer Mehrzahl parallel geschalteter Filter und der Aufbautechnik, die durch den Wert der betreffenden gewählten Kurve bei dem jeweiligen Abszissenwert bezeichnet wird. Die Kurven 100, 102, 104 und 112 stehen sämtlich für Ansätze gemäß dem bisherigen Stand der Technik, bei denen konventionell aufgebaute Filter für den Abschluss durch R, die Impedanz eines Fernsprechempfängers mit abgenommenem Handapparat, verwendet werden: Kurve 100 (für Vergleichszwecke) für ein einzelnes zweipoliges Filter mit nur einem einzigen Fernsprechempfänger, Kurve 102 für zwei zweipolige Filter, Kurve 104 für drei zweipolige Filter und Kurve 112 für eine beliebige Anzahl einpoliger Filter. Die Kurven 106, 108 und 110 stellen alle jeweils Ergebnisse dar, die durch den Einsatz von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzielt wurden, und bei denen jedes Filter für einen Abschlusswiderstand in Höhe des Vierfachen von R, der Nenn-Impedanz des Fernsprechers von 600 Ohm, ausgelegt ist: Kurve 106 (für Vergleichszwecke) für ein einzelnes zweipoliges Filter mit nur einem einzigen Fernsprechempfänger, Kurve 108 für drei zweipolige Filter und zwei Fernsprechempfänger und Kurve 110 für sieben zweipolige Filter und sieben Fernsprechempfänger. Für jede Kurve wird angenommen, dass nur an einem der POTS-Fernsprechempfänger der Handapparat abgenommen ist und dass die übrigen Filter von dem jeweils daran angeschlossenen Fernsprechempfänger mit aufgelegtem Handapparat durch einen offenen [Stromkreis] abgeschlossen sind.
Wie in 4 dargestellt, ergibt sich nach dem bisherigen Stand der Technik für zweipolige Filter (dargestellt durch die Kurven 100, 102 und 104) eine akzeptable Dämpfung von ADSL und UDSL in den POTS-Fernsprecher, wenn nur ein einziges Filter vorhanden ist (Kurve 100). Wenn weitere Filter hinzugefügt werden (Kurven 102 und 104), verschlechtert sich die erzielbare Dämpfung für das ADSL- ebenso wie für das USDL-Signal in den Fernsprechempfänger für eine vorgegebene minimale Rückflussdämpfung von 4 kHz aufgrund der Verschlechterung der Impedanz bei 4 kHz und darunter, die durch die nicht abgeschlossenen Filter an den Fernsprechempfängern, an denen der Handapparat aufgelegt ist, verursacht wird. Dies sollte nicht überraschen, da ein solcher Ansatz mit mehreren Filtern gegen die Grundannahmen der standardmäßigen Filtersynthese-Theorie verstößt, indem eine unbekannte Anzahl von nicht korrekt abgeschlossenen Filtern parallel geschaltet wird. Der bisherige Stand der Technik für einpolige Filter (dargestellt durch Kurve 112) ergibt eine konstante, jedoch deutlich geringere Dämpfung des ADSL- bzw. UDSL-Signals in den Fernsprechempfänger.
Die Kurven 106, 108 und 110 in 4 zeigen die Vorteile, die die vorliegende Erfindung bietet, wobei jedes Filter bewusst nicht den Fernsprechempfängern im Zustand „Handapparat abgenommen" angepasst ist. Die Kurven 106, 108 und 110 zeigen sämtlich die Leistung, wenn die Filter mit charakteristischen Impedanzen aufgebaut werden, die, statt der eigentlichen 600 Ohm eines Fernsprechempfängers mit abgenommenem Handapparat und der Anschlussleitung, dem Vierfachen dieses Widerstands oder 2400 Ohm entsprechen. Wenn die aufbaubedingte Impedanz des Filters mit 4 multipliziert wird, werden alle Induktivitätswerte ebenfalls mit 4 multipliziert und werden die Kondensatorwerte durch 4 geteilt.
Die Multiplikatorwerte können gegebenenfalls für eine beliebige vorgegebene Höchstzahl von parallel geschalteten Filtern weiter optimiert werden, es ist jedoch offensichtlich, dass der Wert „4" für eine beliebige Anzahl von Filtern zwischen 1 und 7 zufriedenstellende Ergebnisse liefert.
Wie in 4 zu sehen ist, ist es offensichtlich, dass die Division der Kondensatorwerte durch 4 unmittelbare Auswirkungen auf die Parallelkapazität hat, die, bei ansonsten gleich bleibenden Parametern, an der unteren Frequenzgrenze um den Faktor 4 verringert wird. Dies ist Teil des Nutzens, den die Erfindung mit sich bringt. Ein weiterer Teil dieses Nutzens ergibt sich dadurch, dass die Induktivitätswerte mit 4 multipliziert werden. Dies erzwingt, dass das Filter als einpoliges Filter im ersten Teil des Stop-Bands erscheint und schrittweise zu einer zweipoligen effektiven Reaktion bei höheren Frequenzen übergeht. Somit hat das Filter die Dämpfung auf der niedrigsten ADSL- bzw. UDSL-Frequenz ein wenig reduziert, ähnlich der Wirkung eines einpoligen Filters, entwickelt sich aber sehr schnell darüber hinaus und ergibt eine höhere effektive Dämpfung, wenn es über das gesamte ADSL- bzw. UDSL-Frequenzband in Aufwärtsrichtung integriert wird.
Es versteht sich von selbst, dass die Ausführungsformen der Erfindung, die hier beschrieben wurden, lediglich Beispielcharakter haben. Für den Fachmann auf diesem Gebiet der Technik sind unter Umständen zahlreiche andere Anordnungen und Modifikationen realisierbar, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Filtervorrichtung für den Einsatz in einem Übertragungssystem, wobei das Übertragungssystem Folgendes umfasst: einen Übertragungsweg (14) von einer sendenden Station (12) zu einer empfangenden Station (16) sowohl für den Fernsprechdienst, der den Bereich des Frequenzspektrums unterhalb einer vorab definierten Frequenz f₁ belegt, als auch für den Datendienst, der den Bereich des Frequenzspektrums oberhalb einer weiteren vorab definierten Frequenz f₃ belegt, wobei f₃ höher ist als f₁; und eine Mehrzahl von Fernsprechvorrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 34) an der besagten empfangenden Station, die parallel zueinander an den besagten Übertragungsweg (14) angeschlossen sind, wobei jede der besagten Fernsprechvorrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 34) einen Zustand „Handapparat aufgelegt" aufweist, der gegen den besagten Übertragungsweg (14) einen im Wesentlichen unendlichen Widerstand zeigt, und einen Zustand „Handapparat abgenommen", der gegen den besagten Übertragungsweg (14) einen vorab festgelegten Widerstand R zeigt dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung eine Mehrzahl von separaten und im Wesentlichen identischen mehrpoligen Tiefpassfiltern (36, 38, 40, 42, 44) umfasst, die im Betrieb zwischen den besagten Übertragungsweg (14) und die jeweiligen der besagten Fernsprechvorrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 34) geschaltet sind, wobei jedes der Tiefpassfilter eine -3-dB-Frequenz f₂ aufweist, die zwischen f₁ und f₃ liegt, sowie eine charakteristische Impedanz von im Wesentlichen n·R, wobei n ein Wert mindestens gleich 2,4 ist, wodurch der Effekt der geringen Impedanzen reduziert wird, die bei Frequenzen unterhalb von f₁ aufgrund der Resonanzen entstehen, die zwischen f₁ und f₂ auftreten, wenn mindestens an einem, jedoch an weniger als allen der besagten Fernsprechvorrichtungen der Handapparat abgenommen ist.
Eine Fernsprechvorrichtung für den Einsatz in einem Übertragungssystem, wobei das Übertragungssystem Folgendes umfasst: einen Übertragungsweg (14) von einer sendenden Station (12) zu einer empfangenden Station (16) sowohl für den Fernsprechdienst, der den Bereich des Frequenzspektrums unterhalb einer vorab definierten Frequenz f₁ belegt, als auch für den Datendienst, der den Bereich des Frequenzspektrums oberhalb einer weiteren vorab definierten Frequenz f₃ belegt, wobei f₃ höher ist als f₁; und eine Mehrzahl von Fernsprechvorrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 34) an der besagten empfangenden Station (16), die parallel zueinander an den besagten Übertragungsweg (14) angeschlossen sind, wobei jede der besagten Fernsprechvorrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 34) einen Zustand „Handapparat aufgelegt" aufweist, der gegen den besagten Übertragungsweg (14) einen im Wesentlichen unendlichen Widerstand zeigt, und einen Zustand „Handapparat abgenommen", der gegen den besagten Übertragungsweg (14) einen vorab festgelegten Widerstand R zeigt; dadurch gekennzeichnet, dass die Fernsprechvorrichtung ein mehrpoliges Tiefpassfilter aufweist, das zwischen den Übertragungsweg und den Fernsprechschaltkreis der Fernsprechvorrichtung geschaltet ist, wobei das Tiefpassfilter eine -3-dB-Frequenz f₂ aufweist, die zwischen f₁ und f₃ liegt, sowie eine charakteristische Impedanz von im Wesentlichen n·R, wobei n ein Wert mindestens gleich 2,4 ist.
Filtervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Fernsprechvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Filter oder jedes der besagten Filter (36, 38, 40, 42, 44, 46) eine gerade Anzahl von Polen besitzt, eine induktive Seite für die Verbindung mit dem besagten Übertragungsweg (14) und eine kapazitive Seite für die Verbindung mit dem Fernsprechschaltkreis der jeweiligen Fernsprechvorrichtung (24, 26, 28, 30, 32, 34).
Filtervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Fernsprechvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Filter oder jedes der besagten Filter (36, 38, 40, 42, 44, 46) eine ungerade Anzahl von Polen besitzt, eine induktive Seite für die Verbindung mit dem besagten Übertragungsweg, eine induktive Seite für die Verbindung mit dem Fernsprechschaltkreis der jeweiligen Fernsprechvorrichtung (24, 26, 28, 30, 32, 34) und einen Kondensator, der interne Elemente des Filters zwischen den besagten induktiven Seiten enthält.
Filtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 oder Fernsprechvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei in dem oder in jedem der Tiefpassfilter (36, 38, 40, 42, 44, 46) im Vergleich zu demselben Filter, wie er für eine charakteristische Impedanz von 1 Ohm Widerstand und eine -3-dB-Frequenz von 1 Radianten pro Sekunde ausgelegt ist, alle Induktivitäten durch den folgenden Ausdruck skaliert werden: (n·R)/(2π·f2) (1)und alle Kondensatoren durch den folgenden Ausdruck skaliert werden: 1/(2π·f2·n·R).
Filtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5 oder Fernsprechvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das bzw. jedes der Tiefpassfilter (36, 38, 40, 42, 44, 46) ein m-poliges Butterworth-Filter ist, wobei „m" eine ganze Zahl größer als 1 ist, und das bzw. jedes der Filter in Bezug auf Erde symmetrisch ist.
Filtervorrichtung oder Fernsprechvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das bzw. jedes der Filter ein 2-poliges Butterworth-Filter und in Bezug auf Erde symmetrisch ist.
Filtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7 oder Fernsprechvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei f₁ im Wesentlichen gleich 4 kHz ist, f₂ im Wesentlichen gleich 10 kHz ist und f₃ im Wesentlichen gleich 24 kHz ist.
Übertragungssystem, das Folgendes umfasst: einen Übertragungsweg (14) von einer sendenden Station (12) zu einer empfangenden Station (16) sowohl für den Fernsprechdienst, der den Bereich des Frequenzspektrums unterhalb einer vorab definierten Frequenz f₁ belegt, als auch für den Datendienst, der den Bereich des Frequenzspektrums oberhalb einer weiteren vorab definierten Frequenz f₃ belegt, wobei f₃ höher ist als f₁, und eine Mehrzahl von Fernsprechvorrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 34) an der besagten empfangenden Station (16), die parallel zueinander an den besagten Übertragungsweg (14) angeschlossen sind, wobei jede der besagten Fernsprechvorrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 34) einen Zustand „Handapparat aufgelegt" aufweist, der gegen den besagten Übertragungsweg (14) einen im Wesentlichen unendlichen Widerstand zeigt, und einen Zustand „Handapparat abgenommen", der gegen den besagten Übertragungsweg einen vorab festgelegten Widerstand R zeigt; und eine Filtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8.
Übertragungssystem, das Folgendes umfasst: einen Übertragungsweg (14) von einer sendenden Station (12) zu einer empfangenden Station (16) sowohl für den Fernsprechdienst, der den Bereich des Frequenzspektrums unterhalb einer vorab definierten Frequenz f₁ belegt, als auch für den Datendienst, der den Bereich des Frequenzspektrums oberhalb einer weiteren vorab definierten Frequenz f₃ belegt, wobei f₃ höher ist als f₁; und eine Mehrzahl von Fernsprechvorrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 34) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 an der besagten empfangenden Station (16), die parallel zueinander an den besagten Übertragungsweg (14) angeschlossen sind, wobei jede der besagten Fernsprechvorrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 34) einen Zustand „Handapparat aufgelegt" aufweist, der gegen den besagten Übertragungsweg (14) einen im Wesentlichen unendlichen Widerstand zeigt, und einen Zustand „Handapparat abgenommen", der gegen den besagten Übertragungsweg (14) einen vorab festgelegten Widerstand R zeigt.